高中苏教版 (2019)第一单元 化石燃料与有机化合物第1课时学案

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第1课时 天然气的利用 甲烷
[核心素养发展目标] 1.认识甲烷的组成和结构特点。会书写甲烷的分子式、结构式及电子式，形成“结构决定性质”的观念，培养宏观辨识与微观探析的能力。2.知道甲烷能发生氧化反应和取代反应，掌握取代反应的概念，能通过分析、推理等方法，判断有机物的取代反应，培养证据推理能力。3.了解烷烃及同系物的概念，学会判断及书写简单烷烃的同分异构体，建立判断及书写同系物、同分异构体的思维模型。
一、甲烷的存在、用途及结构
1．甲烷的存在及用途
(1)甲烷的存在
甲烷是天然气、沼气和“可燃冰”的主要成分，我国的天然气主要分布在西部地区及南海和东海的海底。
(2)甲烷的主要用途
以甲烷为主的天然气和沼气都是理想的清洁燃料，甲烷还可用作化工原料。
2．甲烷的组成与结构
甲烷的分子式为CH4，电子式为，结构式为，甲烷的球棍模型为，由此可知碳原子位于中心，4个氢原子位于顶点，4个C—H键的长度和强度相同，夹角相等，甲烷具有正四面体空间结构。
已知标准状况下，甲烷的密度是0.717 g·L－1。
(1)甲烷的相对分子质量是多少？
提示 由M＝ρ·22.4 L·ml－1得M(甲烷)≈16 g·ml－1，即甲烷的相对分子质量为16。
(2)甲烷中含碳75%，含氢25%，求甲烷的分子式。
提示 甲烷分子中，
N(C)＝eq \f(16 g·ml－1×75%,12 g·ml－1)＝1，N(H)＝eq \f(16 g·ml－1×25%,1 g·ml－1)＝4，故甲烷的分子式为CH4。
1．正误判断
(1)甲烷分子中碳原子最外层有4个电子，可以形成4个共价键( )
(2)已知甲烷为正四面体结构，可推知CCl4也为正四面体结构( )
(3)天然气就是纯净的甲烷气体( )
(4)16 g CH4分子中含有2NA个C—H键( )
(5)天然气和沼气都是可再生能源( )
(6)甲烷和四氯化碳的分子中各原子均达到8电子稳定结构( )
答案 (1)√ (2)√ (3)× (4)× (5)× (6)×
2．下图是CH4、CCl4、CH3Cl分子的球棍模型图，下列说法正确的是( )
A．CH4、CCl4和CH3Cl都是正四面体结构
B．CH4、CCl4都是正四面体结构
C．CH4和CCl4中的化学键均为非极性键
D．CH4、CCl4的结构相同，性质也相同
答案 B
解析 CCl4与CH4的分子结构相似，为正四面体结构，CH3Cl中的C—H键和C—Cl键不同，不是正四面体结构，而是四面体结构。
一个碳原子与其他4个原子以4个单键相结合时：
(1)如果这4个原子相同，分别在四面体的顶点上，则构成正四面体；
(2)如果这4个原子不相同，则分别在四面体的顶点上，但不是正四面体；
(3)无论这4个原子是否相同，都不可能在同一平面上，并且最多有3个原子共面。
二、甲烷的性质
1．甲烷的物理性质
甲烷是无色、无味、难溶于水、密度比空气小的气体。
2．甲烷的化学性质
(1)具有稳定性
通常情况下，甲烷性质比较稳定，不与强酸、强碱、KMnO4等物质反应。
(2)氧化反应——可燃性
将甲烷在空气中点燃，观察燃烧现象并检验燃烧产物：
甲烷燃烧的化学方程式为CH4＋2O2eq \(――→,\s\up7(点燃))CO2＋2H2O。
(3)取代反应
1．1 ml甲烷在空气中完全燃烧生成液态水和二氧化碳，放出890 kJ的热量，请写出甲烷燃烧的热化学方程式。
提示 CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－890 kJ·ml－1。
2．根据甲烷的正四面体结构推测CH2Cl2的结构应该有几种？
提示 根据甲烷的正四面体结构，CH2Cl2中的2个氯原子在空间一定处于相邻的位置，则CH2Cl2只有一种结构。
3．能否用CH4和Cl2按1∶1的体积比混合制取纯净的CH3Cl?
提示 不能。CH4和Cl2的反应是连锁反应，不可能只发生第一步取代反应，且生成物为混合物。
4．甲烷中每有1 ml氢原子被取代，消耗Cl2的物质的量是多少？
提示 1 ml。
1．正误判断
(1)甲烷性质稳定，和任何氧化剂都不反应( )
(2)甲烷在空气中燃烧，产生明亮的蓝紫色火焰，并伴有黑烟( )
(3)CH4和Cl2按体积比1∶1混合，发生取代反应生成的产物只有两种( )
(4)CH4和Cl2发生取代反应时，每生成1 ml HCl，则有1 ml Cl2参加反应( )
(5)CH4分子为正四面体结构，因此其生成物CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3和CCl4都为正四面体结构( )
(6)CH4和Cl2发生取代反应的产物中，CH3Cl的含量最多( )
(7)取代反应和置换反应都是物质中某些原子或原子团被其他原子或原子团代替，因此本质相同( )
答案 (1)× (2)× (3)× (4)√ (5)× (6)× (7)×
2．下列物质在一定条件下能与甲烷发生取代反应的是( )
A．氯气 B．酸性高锰酸钾溶液
C．氢氧化钠溶液 D．溴水
答案 A
解析 A项，氯气在光照条件下与甲烷可以发生取代反应；B项，酸性高锰酸钾溶液不能氧化甲烷，也不能与甲烷发生取代反应；C项，氢氧化钠溶液与甲烷不反应；D项，溴水与甲烷不反应。
3．标准状况下，44.8 L CH4与一定量Cl2在光照条件下发生取代反应，待反应完全后，测得四种有机取代产物的物质的量相等，则消耗Cl2的物质的量为( )
A．1 ml B．2 ml
C．4 ml D．5 ml
答案 D
解析 标准状况下，44.8 L CH4的物质的量为2 ml，2 ml甲烷完全与氯气发生取代反应，生成相同物质的量的四种取代物，所以每种取代物的物质的量是0.5 ml，在甲烷和氯气的取代反应中，被取代的氢原子的物质的量与消耗的氯气的物质的量相等，所以生成0.5 ml一氯甲烷需要0.5 ml氯气，生成0.5 ml二氯甲烷需要1 ml氯气，生成0.5 ml三氯甲烷需要1.5 ml氯气，生成0.5 ml四氯化碳需要2 ml氯气，所以总共消耗氯气的物质的量为0.5 ml＋1 ml＋1.5 ml＋2 ml＝5 ml。
甲烷取代反应
三、烷烃
1．概念
2．烷烃
(1)分子通式：CnH2n＋2(n为正整数)。
(2)习惯命名
(3)物理性质
随碳原子个数的增加，熔、沸点逐渐升高，密度逐渐增大；常温下，碳原子数≤4的烷烃为气态(新戊烷也为气态)。
(4)化学性质(类似甲烷)
①稳定性：一般情况下与强酸、强碱、酸性高锰酸钾溶液等都不反应。
②氧化反应：烷烃都能燃烧，燃烧通式为
CnH2n＋2＋eq \f(3n＋1,2)O2eq \(――→,\s\up7(点燃))nCO2＋(n＋1)H2O。
③取代反应：烷烃与氯气等卤素单质光照时发生取代反应，如乙烷与氯气光照时生成一氯乙烷的化学方程式为CH3CH3＋Cl2eq \(――→,\s\up7(光照))C2H5Cl＋HCl。
3．同系物
(1)概念：结构相似、分子组成相差1个或若干个“CH2”原子团的有机化合物互称为同系物，如CH4和CH3CH3。
(2)特点：通式相同，结构相似，化学性质相似，物理性质一般随碳原子数的增多而呈规律性变化。
1．互为同系物的物质分子组成上相差1个或若干个“CH2”原子团，则相对分子质量相差14的整数倍。相对分子质量相差14的整数倍的物质一定互为同系物，对吗？
提示 不对。相对分子质量相差14的整数倍的物质不一定为同系物，如N2O和NO等。
2．在两支试管中各加入10 mL溴水，再分别加入5 mL正己烷(分子式为C6H14，结构简式为CH3CH2CH2CH2CH2CH3)。
(1)把其中一支试管中的混合液在避光处振荡后静置，液体分为两层，上层是橙红色的溴的己烷溶液，下层是几乎褪成无色的溴水。
①正己烷的密度比水大还是小？
提示 小。
②上述过程中，正己烷与溴水是否发生了化学反应？发生的是什么变化？
提示 无光照时正己烷与溴水不能发生取代反应，己烷把溴从水层萃取，是物理变化。
(2)把另一支试管中的混合液在光照下振荡后静置，溶液也分层，上、下两层液体几乎均是无色的。
①该过程中，正己烷与溴是否发生了反应？
提示 是。正己烷萃取溴单质分层，光照下发生取代反应。
②若用玻璃棒蘸取浓氨水，伸入试管内液面上方，将观察到什么现象？
提示 有白烟出现。
同系物判断的三个关键点
(1)同：两种物质属于同一类物质。
(2)似：两种物质结构相似。
(3)差：两种物质分子组成上相差1个或若干个“CH2”原子团。
1．正误判断
(1)正丁烷分子式为C4H10,4个碳原子在同一直线上( )
(2)烷烃分子中碳和碳之间以单键相结合(除甲烷外)，剩余的价键都和氢原子相结合( )
(3)分子组成上满足CnH2n＋2(n≥1)的有机物都是烷烃( )
(4)烷烃分子中所有的原子有可能共面( )
(5)CH2==CH2和(环丙烷)符合同一通式，二者互为同系物( )
(6)分子式为C3H8与C6H14的两种有机物互为同系物( )
(7)互为同系物的两种有机化合物的最简式一定相同( )
答案 (1)× (2)√ (3)√ (4)× (5)× (6)√ (7)×
2．下列有关烷烃的叙述中，正确的是( )
①在烷烃分子中，所有的化学键都是单键；②烷烃中除甲烷外，很多都能使酸性KMnO4溶液的紫色褪去；③分子通式为CnH2n＋2(n≥1)的烃不一定是烷烃；④所有的烷烃在光照条件下都能与氯气发生取代反应；⑤光照条件下，乙烷通入溴水中，可使溴水褪色；⑥所有的烷烃都可以在空气中燃烧
A．①②③⑥ B．①④⑥
C．②③④ D．①②③④
答案 B
解析 ①烷烃属于饱和烃，碳与碳之间、碳与氢之间都以单键结合；②烷烃性质稳定，均不能使酸性KMnO4溶液褪色；③分子通式为CnH2n＋2(n≥1)的烃一定是烷烃；④烷烃在光照条件下都能与Cl2发生取代反应；⑤C2H6不能与溴水发生取代反应使其褪色，但能与溴蒸气在光照下发生取代反应；⑥烷烃均可以在空气中燃烧生成CO2和H2O。
3．液化石油气中含有丙烷，且丙烷中碳原子成键特点与CH4中碳原子相似，性质相似。下列有关丙烷的叙述不正确的是( )
A．分子中所有碳原子不在一条直线上
B．光照下能够发生取代反应
C．丙烷与甲烷不是同系物
D．丙烷不能使酸性KMnO4溶液褪色
答案 C
解析 甲烷与丙烷互为同系物。
解答烷烃结构与性质类试题的方法
(1)阅读题目信息，理解结构与性质的关系，总结出性质递变规律并理解其原因。
(2)熟悉规律，如：①熟悉烷烃分子通式CnH2n＋2(n为正整数)，符合该通式的烃一定属于烷烃；②在通常情况下，烷烃的性质稳定，不能与强酸、强碱以及酸性KMnO4溶液等反应，但能发生取代反应、燃烧反应等；③常温、常压下，碳原子数≤4的烷烃为气体，碳原子数>4的烷烃为液体或固体(新戊烷是气体)。
1．下列关于甲烷的说法错误的是( )
A．分子式：CH4
B．可作为清洁燃料
C．球棍模型：
D．可使酸性KMnO4溶液褪色
答案 D
解析 甲烷的分子式为CH4，故A正确；甲烷完全燃烧生成二氧化碳和水，不产生空气污染物，可作为清洁燃料，故B正确；甲烷为正四面体结构，碳原子的原子半径大于氢原子，球棍模型为，故C正确；甲烷化学性质稳定，不能使酸性KMnO4溶液褪色，故D错误。
2．下列叙述错误的是( )
A．通常情况下，甲烷跟强酸、强碱和KMnO4等物质都不反应
B．甲烷化学性质稳定，不能被任何氧化剂氧化
C．甲烷与Cl2反应无论生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3还是CCl4，都属于取代反应
D．甲烷的四种有机取代产物中有一种为气态，其余三种为液态，且都不溶于水
答案 B
解析 甲烷化学性质比较稳定，跟强酸、强碱、KMnO4等物质都不反应，故A正确；甲烷可以燃烧，能被氧气氧化，故B错误；甲烷是饱和烃，跟氯气反应无论生成CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4，都属于取代反应，故C正确；甲烷的四种有机取代产物中一氯甲烷为气态，CH2Cl2、CHCl3和CCl4为液态且都不溶于水，故D正确。
3．在光照条件下，将1 ml CH4与Cl2反应，得到四种有机产物CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4物质的量之比为1∶2∶3∶4，则消耗Cl2物质的量为( )
A．0.5 ml B．1.25 ml
C．2.5 ml D．3 ml
答案 D
解析 四种有机取代物的物质的量之比为n(CH3Cl)∶n(CH2Cl2)∶n(CHCl3)∶n(CCl4)＝1∶2∶3∶4，则四种取代物的物质的量分别为n(CH3Cl)＝0.1 ml，n(CH2Cl2)＝0.2 ml，n(CHCl3)＝0.3 ml，n(CCl4)＝0.4 ml，发生取代反应时，一半的Cl进入HCl，消耗氯气的物质的量为0.1 ml＋2×0.2 ml＋3×0.3 ml＋4×0.4 ml＝3 ml。
4．下列关于烷烃的说法正确的是( )
A．丙烷(C3H8)发生取代反应生成的C3H7Cl的结构只有一种
B．丙烷分子中3个碳原子在一条直线上
C．分子中含有7个碳原子的烷烃在常温下为液态
D．烷烃分子为直链结构，不可以带支链
答案 C
解析 A项中C3H7Cl有两种结构：CH3CH2CH2Cl、；B项中C3H8分子中的3个碳原子呈V形，不在一条直线上；D项中烷烃分子中碳链可以是直链，也可以带支链。
5．下列有关同系物的说法，错误的是________(填序号)。
①化学性质相似的有机物是同系物；②分子组成上相差1个或若干个“CH2”原子团的有机物是同系物；③若有机物中碳、氢元素的质量分数相同，则它们必定是同系物；④若两种有机物的相对分子质量相差14n(n为正整数)，则必为同系物
答案 ①②③④
解析 同系物的结构相似，化学性质相似，但化学性质相似的有机物不一定是同系物，如正丁烷(CH3CH2CH2CH3)和异丁烷()的化学性质相似，但它们互为同分异构体，①错误；结构相似，且分子组成上相差1个或若干个“CH2”原子团的有机物才互为同系物，②错误；有机物中碳、氢元素的质量分数相同，它们可能是同分异构体，也可能是最简式相同的有机物，③错误；两种有机物的相对分子质量相差14n(n为正整数)，不一定满足结构相似、通式相同的条件，如乙烯(CH2==CH2)和环丁烷()，④错误。
题组一 甲烷的结构、性质及应用
1．(2020·北京西城区期末)下列关于甲烷的说法不正确的是( )
A．甲烷分子具有正四面体结构
B．甲烷是无色无味的气体
C．甲烷是最简单的烷烃
D．甲烷能使溴水褪色
答案 D
解析 甲烷的四个顶点的氢原子呈空间对称，处于完全相同的环境，四个氢原子中有两个氢原子被取代不会产生同分异构现象，具有正四面体结构，故A正确；通常情况下，甲烷是一种无色无味的气体，难溶于水，密度比空气小，故B正确；烷烃里分子组成最简单的是含有1个碳原子的甲烷，故C正确；仅含碳氢单键的甲烷不能与溴水反应，溶液不会褪色，故D错误。
2．(2020·张家界期末)将甲烷与一定量的氯气混合于一试管中，倒立于盛有饱和食盐水的水槽(如图所示)，对于此反应，有关叙述不正确的是( )
A．该反应的生成物只有四种
B．该反应的条件是光照
C．该反应结束后试管内液面上升(冷却到室温)
D．该反应属于取代反应
答案 A
解析 甲烷和氯气反应的生成物有一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳和氯化氢5种，故A错误；该反应氯气中的氯原子取代了甲烷中的氢原子，是烷烃的取代反应，条件是光照，故B、D正确；该反应生成了液态的二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳，使气体物质减少，且生成的氯化氢气体极易溶于水，试管内压强降低，液面上升(冷却到室温)，故C正确。
题组二 烷烃的结构与性质
3．(2020·东营胜利第一中学月考)火炬中燃料的主要成分为丙烷。下列有关丙烷的叙述不正确的是( )
A．丙烷属于烷烃
B．丙烷的球棍模型为
C．丙烷的结构简式为
D．丙烷燃烧时将化学能转化为光能和热能
答案 C
解析 丙烷分子中，碳碳之间均为单键，符合通式CnH2n＋2(n为正整数)，属于烷烃，A项正确；丙烷的球棍模型正确，B项正确；丙烷的结构简式为CH3CH2CH3，C项错误；丙烷燃烧时将化学能转化为光能和热能，D项正确。
4．下列关于烷烃性质的叙述正确的是( )
A．烷烃的沸点随碳原子数增加而逐渐降低
B．烷烃易被酸性高锰酸钾溶液氧化
C．在光照条件下，烷烃易与溴水发生取代反应
D．烷烃的卤代反应很难得到纯净的产物
答案 D
解析 烷烃的沸点一般随碳原子数增加而逐渐升高，A项错误；烷烃通常情况下性质稳定，不与酸性高锰酸钾溶液反应，B项错误；在光照条件下，烷烃只能与纯净的卤素单质发生取代反应，不与溴水反应，C项错误；由于卤素原子取代烷烃分子中氢原子的位置和个数难以控制，故很难得到纯净的产物，D项正确。
5．丁烷(分子式为C4H10)是家用液化石油气的成分之一，也用作打火机的燃料，下列关于丁烷的叙述不正确的是( )
A．在常温下，C4H10是气体
B．C4H10与CH4互为同系物
C．正丁烷和正戊烷同为烷烃，两者的性质完全相同
D．正丁烷中四个碳原子不在同一直线上
答案 C
解析 常温下，C4H10是气体，故A正确；C4H10与CH4都属于烷烃，结构相似，在组成上相差3个“CH2”原子团，二者互为同系物，故B正确；正丁烷分子式为C4H10，正戊烷分子式为C5H12，同为烷烃，化学性质相似，但物理性质不同，故C错误；正丁烷分子中四个碳原子呈锯齿形排布，不为直线形，故四个碳原子不在同一直线上，故D正确。
6．在常温、常压下，取下列四种气态烃各1 ml，分别在足量的氧气中燃烧，消耗氧气最多的是( )
A．CH4 B．C3H8 C．C4H10 D．C2H6
答案 C
解析 设气态烃的分子式为CxHy，其完全燃烧的化学方程式为CxHy＋eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x＋\f(y,4)))O2eq \(――→,\s\up7(点燃))xCO2＋
eq \f(y,2) H2O，则1 ml该烃完全燃烧时耗氧量为eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x＋\f(y,4))) ml，将上述选项分别代入，比较可知C4H10耗氧量最多。
7．下列有关说法不正确的是( )
A．具有相同通式的有机物不一定互为同系物
B．分子组成相差一个或若干个“CH2”原子团的化合物不一定互为同系物
C．所有的烷烃之间一定互为同系物
D．两个相邻同系物的相对分子质量一定相差14
答案 C
解析 同系物一定有相同的通式，而通式相同，不一定互为同系物，如均符合通式CnH2n的烯烃与环烷烃就不互为同系物，故A正确；分子组成相差一个或若干个“CH2”原子团的化合物，结构不一定相似，不一定互为同系物，如乙烯和环丙烷等，故B正确；碳原子数不相同的烷烃之间一定互为同系物，碳原子数相同、结构不同的烷烃之间互为同分异构体，故C错误；两个相邻同系物的相对分子质量相差14，故D正确。
题组三 取代反应的理解及应用
8．(2020·旅顺口区期末)取代反应是有机化学中一类重要的反应。下列不属于取代反应的是( )
A．CH3Cl＋Cl2eq \(――→,\s\up7(光照))CH2Cl2＋HCl
B．CH3COOCH3＋H2Oeq \(,\s\up7(H＋),\s\d5(加热))CH3COOH＋CH3OH
C．2CH3CH3＋7O2eq \(――→,\s\up7(点燃))4CO2＋6H2O
D.
答案 C
解析 该反应中CH3Cl中的一个氢原子被氯原子代替，属于取代反应，故不选A；该反应中CH3COOCH3中的—OCH3，被—OH代替，属于取代反应，故不选B；CH3CH3的燃烧为氧化反应，不属于取代反应，故选C。
9．(2020·河南项城三中高一月考)下列有关甲烷的取代反应的叙述正确的是( )
A．甲烷与氯气以物质的量之比为1∶4混合时只生成CCl4
B．甲烷与氯气反应生成的产物中CH3Cl的量最多
C．甲烷与氯气的取代反应生成的产物为混合物
D．1 ml甲烷生成CH2Cl2最多消耗1 ml氯气
答案 C
解析 甲烷与氯气发生取代反应生成的有机物为CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3和CCl4，故得不到纯净的CCl4，A错误，C正确；甲烷与氯气的反应中每取代1 ml氢原子，消耗1 ml氯气，生成1 ml HCl，故产物中HCl的量最多，B错误；1 ml甲烷生成CH2Cl2最多消耗2 ml氯气，D错误。
10．(2020·西安高新第一中学月考)在光照的条件下，将1 ml甲烷与一定量的氯气充分混合，经过一段时间，甲烷和氯气均无剩余，生成一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳和氯化氢，若已知生成的二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳的物质的量分别为a ml、b ml、c ml，该反应中消耗的氯气的物质的量是( )
A．(1－a－b－c) ml B．(1＋a＋2b＋3c) ml
C．(2a＋3b＋4c) ml D．(a＋b＋c) ml
答案 B
解析 根据取代反应的特点可知，光照条件下，1 ml甲烷与一定量的氯气充分混合，生成几氯甲烷就消耗几摩尔的氯气，因此消耗氯气的物质的量为(1－a－b－c) ml＋2a ml＋3b ml＋4c ml＝(1＋a＋2b＋3c) ml。
11．(2020·潮州市高一期末)分子中含有2～5个碳原子的直链烷烃沸点和燃烧热的数据如下表：
燃烧热：25 ℃、101 kPa时，1 ml纯物质完全燃烧，生成指定产物所放出的热量，单位为kJ·ml－1。
根据表中数据，下列判断错误的是( )
A．正庚烷在常温、常压下肯定不是气体
B．随分子中碳原子数增加，烷烃的燃烧热逐渐增大
C．随分子中碳原子数增加，烷烃沸点逐渐升高
D．随分子中碳原子数增加，烷烃沸点和燃烧热都成比例增加
答案 D
解析 根据表格中数据可知，随分子中碳原子数增加，烷烃的沸点升高，燃烧热增加，由于正庚烷分子中碳原子数大于戊烷分子中的碳原子数，所以正庚烷在常温、常压下肯定不是气体，A正确；根据表中数据可知，烷烃的沸点和燃烧热并不是成比例增加，B、C正确，D错误。
12．一定质量的甲烷燃烧后得到的产物为CO、CO2和水蒸气，此混合气体质量为49.6 g，当其缓慢经过无水CaCl2时，CaCl2增重25.2 g，原混合气体中CO2的质量为( )
A．12.5 g B．13.2 g
C．19.7 g D．24.4 g
答案 B
解析
13．(2020·四川岳池县第一中学高一月考)1 ml某烷烃完全燃烧需要8 ml氧气，则这种烷烃的化学式为( )
A．C5H12 B．C4H10 C．C3H8 D．C6H14
答案 A
解析 设烷烃的分子式为CnH2n＋2，燃烧的化学方程式为
CnH2n＋2＋eq \f(3n＋1,2)O2eq \(――→,\s\up7(点燃))nCO2＋(n＋1)H2O
1 ml eq \f(3n＋1,2) ml
1 ml 8 ml
则有eq \f(3n＋1,2)＝8，解得n＝5，故烷烃化学式为C5H12。
14．下列关于CH4、CH3CH3和的叙述正确的是( )
A．均能用通式CnH2n＋2来表示
B．与所有烷烃互为同素异形体
C．它们都是烷烃，结构中都既有极性共价键又有非极性共价键
D．它们的性质完全相同
答案 A
解析 B项，同素异形体的研究对象为单质；C项，CH4分子中只有极性键，没有非极性键；D项，烷烃的化学性质相似，但有差异。
15.取一支硬质大试管，通过排饱和食盐水的方法先后收集半试管甲烷和半试管氯气(如图)，下列对于试管内发生的反应及现象的说法正确的是( )
A．反应过程中试管内黄绿色逐渐消失，试管壁上有油珠产生
B．甲烷和Cl2反应后的产物有4种
C．盛放饱和食盐水的水槽底部不会有晶体析出
D．CH4和Cl2完全反应后液面上升，液体充满试管
答案 A
解析 Cl2被消耗后，黄绿色消失，生成的CH2Cl2、CHCl3、CCl4均为油状液体，所以试管壁上有油珠产生，A项正确；CH4与Cl2反应生成4种有机物和1种无机物，共有5种产物，B项错误；CH4与Cl2反应后最多的产物是HCl，HCl溶于饱和食盐水会有NaCl晶体析出，C项错误；取代产物CH2Cl2、CHCl3、CCl4是油状液体，而CH3Cl是气体，不溶于饱和食盐水，故液体不会充满试管，D项错误。
16.(2020·西北师大附中高一检测)如图是某同学利用注射器设计的简易实验装置。甲注射器中注入10 mL CH4，同温同压下乙注射器中注入50 mL Cl2，将乙注射器中的气体推入甲注射器中，光照一段时间，使气体在甲注射器中反应。
(1)下列是某同学预测的实验现象：
①气体最终变为无色
②实验过程中，甲注射器活塞向右移动
③甲注射器内壁有油珠
④产生火花
其中正确的是________(填序号)。
(2)甲注射器中发生反应的化学反应类型为__________________________________。
(3)反应后，甲注射器中剩余气体最好能用下列哪个试剂吸收________(填字母)。
A．水 B．氢氧化钠溶液
C．硝酸银溶液 D．饱和食盐水
(4)反应后，若将甲注射器中的物质推入盛有适量AgNO3溶液的小试管中会观察到__________________；若再向其中滴入几滴紫色石蕊溶液，观察到________________。
答案 (1)②③ (2)取代反应 (3)B (4)液体分为两层，产生白色沉淀 溶液先变红后褪色
解析 (1)该注射器里氯气与甲烷的体积比为5∶1，氯气过量，最终剩余的气体中仍有氯气。该反应进行缓慢，不会产生火花。产物中只有氯化氢和一氯甲烷为气体，所以气体的总物质的量减小，内部压强减小，甲注射器活塞向右移动。
(2)甲烷分子中的四个氢原子可被氯原子逐一取代，故甲注射器中发生的是取代反应。
(3)剩余气体中含有氯气和氯化氢，可用氢氧化钠溶液吸收。
(4)生成的HCl会与AgNO3反应生成AgCl白色沉淀，同时因CH2Cl2、CHCl3、CCl4难溶于水，可以看到液体分为两层；若加入几滴紫色石蕊溶液，溶液会先变红后褪色。
17．(2020·江苏常州高级中学高一月考)烷烃完全燃烧都可以生成CO2和H2O，现以甲烷、乙烷、丙烷三种物质燃烧为例，进行燃烧分析。
(1)取等物质的量的三种物质，在O2中完全燃烧，生成CO2最多的是________，生成H2O最多的是________，消耗O2最多的是________。由此可以得出结论：等物质的量的烷烃完全燃烧，生成CO2、H2O以及消耗O2的量随着____________________的增多而变大。
(2)取等质量的三种物质，在O2中完全燃烧，生成CO2最多的是________，生成H2O最多的是________，消耗O2最多的是________。由此可以得出结论：等质量的烷烃完全燃烧，生成CO2的量随着__________________的增大而变大，生成水的量随着________________的增大而变大，消耗O2的量随着____________________的增大而变大。
答案 (1)丙烷 丙烷 丙烷 分子中碳原子数 (2)丙烷 甲烷 甲烷 分子中碳的质量分数 分子中氢的质量分数 分子中氢的质量分数
解析 (2)等质量的各种烷烃，含碳量越大生成二氧化碳越多，消耗氧气越少，生成水越少，这是因为每12 g碳消耗1 ml O2，而每4 g氢就消耗1 ml O2。燃烧
现象
检验产物
方法
现象
结论
淡蓝色
火焰
在火焰上方罩一个干燥的烧杯
烧杯内壁有水珠产生
生成了水
在火焰上方罩一个涂有澄清石灰水的烧杯
烧杯内壁变浑浊
生成了二氧化碳
实验
操作
实验
现象
A装置：试管内气体颜色逐渐变浅；试管内壁有油状液滴出现，试管中有少量白雾，且试管内液面上升，水槽中有固体析出
B装置：无现象
实验
结论
CH4与Cl2需在光照条件下发生化学反应，有关化学方程式为
CH4＋Cl2eq \(――→,\s\up7(光照))CH3Cl＋HCl(一氯代物)；
CH3Cl＋Cl2eq \(――→,\s\up7(光照))CH2Cl2＋HCl(二氯代物)；
CH2Cl2＋Cl2eq \(――→,\s\up7(光照))CHCl3＋HCl(三氯代物)；
CHCl3＋Cl2eq \(――→,\s\up7(光照))CCl4＋HCl(四氯代物)
产物
性质
水溶性：CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4均不溶于水。
状态：常温下除CH3Cl是气体，其余三种均为油状液体
取代反
应概念
有机化合物分子中的某种原子(或原子团)被另一种原子(或原子团)所取代的反应
碳原子数(n)及表示
n≤10
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
甲烷
乙烷
丙烷
丁烷
戊烷
己烷
庚烷
辛烷
壬烷
癸烷
n>10
相应数字＋烷
烷烃名称
乙烷
丙烷
丁烷
戊烷
沸点/℃
－88.6
－42.1
－0.5
36.0
燃烧热/(kJ·ml－1)
1 560.7
2 219.2
2 877.6
3 535.6